Жизнь зеленого растения - Гэлстон А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 9.25. Продольный разрез зерна ячменя.
просто синтез гиббереллина растением и последующая инициация гвббереллин-зависимого процесса. Второй путь более сложен. Вспомните, что существуют около 50 гиббереллинов, различающихся по своей относительной активности в зависимости от того процесса, на который они оказывают влияние. Поскольку все гиббереллины имеют сходную молекулярную структуру, любой из них можно превратить в другой, лишь слегка модифицировав его молекулу, например присоединив к ней —ОН- группу в одно или более положений из нескольких возможных. Таким образом, растение может управлять тем или иным внутренним процессом, превращая в ходе метаболизма неактивный гиббереллин в активный или наоборот.
Подобно каротиноидным пигментам, стероидам и каучуку, гиббереллины представляют собой изопреноидные соединения, образующиеся из ацетил-СоА придыхательном метаболизме (см. гл. 5). Метаболический путь биосинтеза гиббереллинов, выясненный с помощью меченных 14С соединений, отображает еле- дующая схема:
Ацетат ? Мевалонат ? Многочисленные перестройки ?
—*? Кауреи (дитерпеи) ? Гиббереллин.
Идентификация дитерпенов в качестве промежуточных соединений в биосинтезе гиббереллинов подтверждается еще и тем фактом, что ретардант роста АМО-1618, действующий как антагонист гиббереллинов, препятствует образованию дитерпена из его предшественника.
Как действует гиббереллин
При рассмотрении гиббереллина, так же как и ауксина, мы сталкиваемся с одной и той же проблемой: как можно объяснить, что очень малые количества данного вещества способны контролировать многочисленные и разнообразные морфогенетические реакции, включающие прорастание семян, деление и растяжение клеток, закладку цветков. Лишь один феномен был проанализирован подробно — индукция гидролиза крахмала в беззародышевых семенах ячменя.
Мы теперь знаем, что контроль расщепления крахмала гиб- береллином сводится к регуляции образования и высвобождения ферментов. Нанесение гиббереллина на беззародышевые семена ячменя приводит к появлению и выделению амилазы (рис. 9.26), а также других ферментов. Амилаза вызывает гидролиз крахма-
Образование мРНК, Образование и выделение
полисом и шерохо- а-амилазы; образование
ватого ЭР рибонуклеазы
Рис. 9.26. Процессы, происходящие в алейроновых клетках зерна ячиеия после обработки его гиббереллином.
ла (по-латыни amylutn), содержащегося в эндосперме зерна ячменя. Если удалить алейроновый слой, то можно показать, что образование фермента происходит именно в этой ткани. Следовательно, алейрон продуцирует и выделяет гидролитические ферменты, расщепляющие запасные питательные вещества в эндосперме. Именно эти алейроновые .клетки, являющиеся «клетками-мишенями», и реагируют на гиббереллин. Данная система может служить примером органоспецифической регуляции роста, так как гиббереллин — своего рода ключ к запасным питательным веществам — образуется в зародыше, содержащем единственные в семени способные к росту ткани.
Каким образом гиббереллин вызывает проявление а-амилаз- ной активности? Во-первых, очевидно, что фермент представляет собой не просто активированную форму предварительно синтезированного неактивного запасного белка, а образуется заново из составляющих его аминокислот. Это было показано путем добавления меченых аминокислот к зернам ячменя или алейроновым слоям, инкубированным с гиббереллином. В результате происходило включение радиоактивности в белок. Это включение предотвращалось ингибиторами синтеза белка, такими, как циклогексимид. На место действия гиббереллина в процессе синтеза белка указывает тот факт, что ингибиторы ДНК-зависимого синтеза РНК (например, актиномицин D) препятствуют также и синтезу амилазы. Отсюда можно заключить, что гиббереллин должен участвовать в образовании молекул мРНК на ДНК-мат- рице в качестве дерепрессора генов, кодирующих гидролитические ферменты; он как бы дает разрешение на выработку этих ферментов.
Попытки доказать существование такой специфической мРНК наталкиваются на трудности, связанные с очень малым количеством образующейся мРНК и отсутствием методов, позволяющих отличить ее от других мРНК. Последняя проблема была недавно решена благодаря обнаружению на одном конце молекул мРНК цепи адениновых остатков. Поскольку аденин соединяется водородными связями с уридином, это свойство позволяет отделять мРНК с помощью колонки со связанным поли- уридином, к которому может присоединяться аденин. Информационная РНК сорбируется колонкой, тогда как другие РНК свободно проходят через нее. Затем, заменив раствор в колонке, можно элюировать :и определить мРНК- Этот метод показал, что примерно через 4 ч после добавления гиббереллина меченые нуклеозиды включаются в мРНК с помощью ядер алейроновых клеток. Это происходит за несколько часов до появления «-амилазы. Кроме того, появление а-амилазы тормозится при добавлении на ранних этапах ингибитора кордицепина, который, как считается, специфически предотвращает завершение синтеза мРНК- Чем позже добавляется кордицепин, тем меньше его эффект. Если его добавить примерно через 12 ч после нанесения гиббереллина, то никакого ингибирующего влияния он уже не будет оказывать. Следовательно, индуцированный гиббереллином синтез мРНК для «-амилазы к этому времени должен был завершиться.
